Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Исследователи определили звуковые сигналы разрушения стеклопластика для раннего контроля конструкций
Когда вы едете по новому мосту, летите в самолете или видите ветряк на горизонте, вы, скорее всего, смотрите на стеклопластик — материал, который в 5 раз легче стали, не ржавеет и не боится химии. Однако серьезные повреждения в нем часто развиваются внутри и остаются невидимыми. Их можно услышать, но до сих пор остается малоизученным, как «звучит» каждое конкретное повреждение. Ученые Пермского Политеха системно изучили звуки, которые издает стеклопластик при разрушении. Они впервые в России разработали способ для имитирования нанесения внешних дефектов с регистрацией акустических сигналов. Теперь, анализируя их, можно точно диагностировать внутренние повреждения и предотвратить аварию.
Стеклопластик — это материал, который сегодня можно найти повсюду. Из него делают несущие балки и арматуру для мостов, лопасти ветряков, детали самолетов и поездов, а также трубы, которые не ржавеют. Он незаменим в корпусах лодок и деталях автомобилей, в спортивном инвентаре и в простых, но крепких вещах — от легких лестниц и дачной мебели до прочных ванн и душевых кабин.
Стеклопластик легче стали в пять раз, что позволяет самолетам экономить тонны топлива, а ветрякам — ловить даже слабый ветер. Он не ржавеет, не боится ни воды, ни солей, ни многих химикатов. И из него можно создавать детали сложной формы — например, цельнолитые корпуса яхт, обтекаемые крылья самолетов или футуристичные элементы городской архитектуры, которые невозможно сделать из традиционных материалов.
Секрет свойств кроется в продуманном строении материала. Это идеально сконструированный «сэндвич». Его основу составляют тончайшие нити стекловолокна, которые берут на себя нагрузку, как стальная арматура в бетоне. Они погружены в полимерную смолу, которая служит одновременно клеем, защитой и распределителем напряжения.
Однако у этого суперматериала есть недостаток. Его идеальное слоеное строение становится источником скрытой угрозы. При ударе — например, когда погрузчик в аэропорту слегка задевает обшивку самолета или на парковке автомобиль цепляет столбик бампером — на поверхности может остаться лишь небольшая вмятина или царапина. Но внутри, между слоями, запускается невидимый процесс: связь между волокнами и смолой нарушается, и они начинают отрываться друг от друга. Этот процесс называется расслоением. Конструкция снаружи выглядит абсолютно целой, но ее прочность тает: она может выдержать еще сто нагрузок, а может развалиться при следующей.
Выявить такие скрытые повреждения традиционными методами сложно. Простой визуальный осмотр в этом случае бесполезен. Более сложные и дорогие технологии — ультразвуковой контроль, рентген или тепловизоры — имеют свои недостатки. Они часто требуют точного знания места удара, сложны в применении на крупных объектах вроде лопастей ветряков или крыльев самолета и не всегда могут зафиксировать начало расслоения, особенно на ранних стадиях, когда его очень важно обнаружить. Из-за этого опасный дефект может оставаться невидимым вплоть до внезапного разрушения конструкции.
Провести раннюю диагностику можно с помощью акустической эмиссии. Ее ключевое отличие в том, что не ищется уже существующий дефект извне, а «слушается» сам материал. В момент, когда внутри композита происходит микросдвиг — зарождается трещина или продвигается расслоение — излучается высокочастотный звуковой импульс. Задача — уловить и расшифровать этот сигнал. Акустическая эмиссия не требует полного разрушения материала, датчики крепятся на поверхность контролируемого объекта, что позволяет оценивать состояние конструкции во время эксплуатации. Этот метод не требует громоздкого оборудования и специальных условий.
До сих пор оставалось малоизученным, какой именно звук соответствует каждому конкретному типу разрушения стеклопластика. Не было четких данных, позволяющих по акустическому сигналу отличить безобидный дефект от того, что ведет к катастрофе.
Ученые ПНИПУ изучили и установили четкое соответствие между типом повреждения в стеклопластике и конкретным звуковым сигналом, чтобы в дальнейшем эти данные использовать для идентификации разрушения во время эксплуатации. Статья опубликована в научном журнале «Проблемы прочности и пластичности».
— Мы взяли образцы и начали их системно повреждать, моделируя самые распространенные типы дефектов. С помощью специального оборудования наносили вмятины разной силы и царапины стальным лезвием. В сам момент воздействия и после него сверхчувствительные датчики фиксировали каждый звук, щелчок и треск, который возникал внутри, — отметил Дмитрий Лобанов, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ, кандидат технических наук.
Это позволило сравнить, как «звучат» поверхностные повреждения и глубокие внутренние разрушения. Затем эти же, уже поврежденные образцы, специалисты растягивали на испытательной машине, доводя их до полного разрыва, и снова записывали весь спектр звуков.
— Мы установили четкие соответствия: глухой треск в диапазоне 50–120 кГц означает, что в смоле появилась микротрещина. В таком случае у нас есть время — мы можем занести этот участок в список наблюдения и контролировать его в ходе плановых проверок, не останавливая эксплуатацию конструкции. Отчетливый щелчок на 180–350 кГц — это уже сигнал о начале опасного расслоения. Он значит, что повреждение перешло в активную фазу, и необходимо срочно планировать ремонт, чтобы остановить разрушение. Наконец, резкий высокочастотный сигнал на 400–600 кГц — это финальный сигнал, означающий разрыв несущих волокон. Для нас это равнозначно экстренной ситуации: элемент исчерпал ресурс, и дальнейшая его эксплуатация недопустима, — объясняет Екатерина Чеботарева, младший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ.
Эти данные необходимы для создания интеллектуальных датчиков и систем. Критически важные объекты — от опор мостов и лопастей ветрогенераторов до силовых элементов летательных аппаратов — можно будет оснастить автономными сетями таких акустических датчиков. Эти системы, постоянно «слушая» материал в реальном времени, позволят не просто обнаружить дефект, а рассчитать остаточный ресурс поврежденной детали, точно ответить на вопрос: сколько циклов нагрузки или времени безопасной работы осталось, и автоматически сформировать предупреждение для служб эксплуатации.
Telegram 
Дзен 
VK Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.
Антропологи пришли к выводу, что выступающий человеческий подбородок сформировался не ради улучшения функций жевания или речи, а возник случайно из-за несовпадения скоростей эволюции разных частей черепа. Эта костная структура появилась как геометрическая неизбежность из-за быстрого уменьшения зубов и увеличения мозга, за которыми не поспевал нижний свод челюсти.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
17 февраля 2026 года произойдет первое в этом году солнечное затмение, которое будет иметь кольцеобразный тип. Ученый Пермского Политеха Евгений Бурмистров рассказал, почему февральское затмение не похоже ни на одно другое, когда его ожидать и кому посчастливится стать свидетелем редчайшего «огненного кольца».
«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно